DE102021101958B3

DE102021101958B3 - Method and system for determining the distance or the current relative speed of at least two route-bound, in particular rail-bound, mobile objects

Info

Publication number: DE102021101958B3
Application number: DE102021101958.3A
Authority: DE
Inventors: Holger Dittus; Benjamin Siebler; Oliver Heirich
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2021-01-28
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2021-12-30
Anticipated expiration: 2041-01-29

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System Verfahren zum Bestimmen des Abstands oder der momentanen Relativgeschwindigkeit mindestens zweier mobiler Objekte (20, 21) eines streckengebundenen, insbesondere schienengebundenen, Objektverbands (2). Eine zuverlässige Abstandsbestimmung zwischen führendem Objekt und einem Folgeobjekt wird dadurch erreicht, dass von einer Auswerteeinheit (202) des führenden Objekts (20) gewonnene Merkmalsmuster als ortsgebundene Merkmalsmuster in Abhängigkeit von der Zeit zusammen mit ihrer Erfassungszeit als Zeitstempel quasi in Echtzeit als Referenzmerkmale an das Folgeobjekt (21) übertragen werden, dass ortsgebundene Merkmalsmuster in Abhängigkeit von der Zeit zusammen mit ihrer Erfassungszeit von einer weiteren Auswerteeinheit (212) des mindestens einen Folgeobjekts (21) ermittelt und mit den Referenzmerkmalen auf Übereinstimmung verglichen werden und dass der zeitliche Abstand (ΔT) zwischen dem führenden Objekt (20) und dem mindestens einen Folgeobjekt (21) und/oder die zeitliche Änderung des zeitlichen Abstands (dΔT) aus der Übereinstimmung bestimmt wird/werden, um die momentane Relativgeschwindigkeit festzustellen (Fig. 1).The invention relates to a method and a system method for determining the distance or the instantaneous relative speed between at least two mobile objects (20, 21) of a line-bound, in particular rail-bound, group of objects (2). A reliable determination of the distance between the leading object and a following object is achieved in that feature patterns obtained by an evaluation unit (202) of the leading object (20) as a location-based feature pattern as a function of time together with their detection time as a time stamp quasi in real time as reference features to the following object (21) that location-based feature patterns are determined as a function of time together with their acquisition time by a further evaluation unit (212) of the at least one subsequent object (21) and compared with the reference features for correspondence and that the time interval (ΔT) between the leading object (20) and the at least one following object (21) and/or the change in the time interval (dΔT) over time is/are determined from the match in order to determine the instantaneous relative speed (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen des Abstands oder der momentanen Relativgeschwindigkeit mindestens zweier mobiler Objekte eines streckengebundenen, insbesondere schienengebundenen, Objektverbands, bei dem mittels einer in einem führenden Objekt angeordneten Sensoreinheit und zugeordneten Auswerteeinheit ortsgebundene Merkmale entlang der Strecke erfasst und daraus aktuelle Merkmalsmuster gewonnen werden, die über eine Kommunikationseinrichtung mit einer Sendeeinheit an eine Empfangseinheit mindestens eines Folgeobjekts übertragen und dort als Referenzmerkmale gespeichert werden, bei dem mittels einer in dem mindestens einen Folgeobjekt angeordneten weiteren Sensoreinheit und dieser zugeordneten weiteren Auswerteeinheit ortsgebundene Merkmale entlang der Strecke erfasst und daraus aktuelle Merkmalsmuster gewonnen werden, die in dem mindestens einen Folgeobjekt (21) mit den Referenzmerkmalen verglichen werden, und bei dem der Abstand und/oder die momentane Relativgeschwindigkeit aus einer Übereinstimmung der von der weiteren Auswerteeinheit gewonnenen Merkmalsmuster mit den Referenzmerkmalen bestimmt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein System zur Durchführung des Verfahrens und eine Anwendung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining the distance or the current relative speed of at least two mobile objects of a route-bound, in particular rail-bound, object association, in which, by means of a sensor unit arranged in a leading object and an associated evaluation unit, location-bound features along the route are recorded and current feature patterns are detected therefrom are obtained, which are transmitted via a communication device with a transmitting unit to a receiving unit of at least one follow-up object and stored there as reference features, in which by means of a further sensor unit arranged in the at least one follow-up object and a further evaluation unit assigned to it, location-specific features along the route are recorded and updated therefrom Feature patterns can be obtained which in the at least one follow-up object ( 21 ) are compared with the reference features, and in which the distance and / or the instantaneous relative speed is determined from a match between the feature pattern obtained by the further evaluation unit and the reference features. The invention also relates to a system for carrying out the method and an application of the method.

Ein Verfahren und ein System dieser Art sind in der DE 10 2018 118 661 A1 angegeben. Bei diesem bekannten Verfahren und der Vorrichtung wird der Abstand zwischen einem denselben Streckenabschnitt befahrenden führenden Zug und einem Folgezug ermittelt. Sowohl der führende Zug als auch der Folgezug erfassen dabei während der Fahrt kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen mittels eines Messgrößensensors eine lokale Messgröße und mittels eines Geschwindigkeitssensors die jeweilige Zuggeschwindigkeit und bilden daraus jeweils mittels einer Auswerteeinheit eine ortsaufgelöste Messwertreihe und zeichnen diese auf. Die Messwertreihe des führenden Zugs wird an die Auswerteeinheit des Folgezugs übertragen und durch Vergleich der beiden ortsaufgelösten Messwertreihen wird ermittelt, mit welchem räumlichen Versatz aufeinanderfolgende Messwerte der Messwertreihe des Folgezugs aufeinanderfolgenden Messwerten der Messwertreihe des führenden Zugs gleichen. Als lokale Messgröße ist z. B. das lokale Magnetfeld gewählt, wobei es sich um das natürlich vorhandene Erdmagnetfeld handelt, das durch Infrastrukturelemente wie Gleise und Signalleitungen und dergleichen örtlich beeinflusst und somit ortsabhängig ist.A method and system of this type are in US DE 10 2018 118 661 A1 specified. In this known method and device, the distance between a leading train traveling on the same route section and a following train is determined. Both the leading train and the following train record a local measured variable continuously or at regular time intervals by means of a measured variable sensor and the respective train speed by means of a speed sensor. The measured value series of the leading train is transmitted to the evaluation unit of the following train and by comparing the two spatially resolved measured value series it is determined with which spatial offset successive measured values of the measured value series of the following train correspond to successive measured values of the measured value series of the leading train. The local measured variable is e.g. B. selected the local magnetic field, which is the naturally existing geomagnetic field that is locally influenced by infrastructure elements such as tracks and signal lines and the like and is therefore location-dependent.

Die DE 10 2018 115 373 A1 zeigt ein Verfahren zur infrastrukturlosen Detektion einer Überfahrt eines Gleisabschnitts durch ein Schienenfahrzeug, wobei für ausgewählte Gleisabschnitte des Schienenwegs jeweils mindestens eine Gleissignatur bereitgestellt wird, die den Verlauf und/oder die Veränderung mindestens einer ortsabhängigen physikalischen Größe beschreibt. Als Gleissignatur beschreibende physikalische Größe wird z. B. das Magnetfeld, die Vibration, der Grat der Krümmung und/oder der Lagewinkel des Gleisabschnitts oder eine Kombination dieser Größen verwendet.the DE 10 2018 115 373 A1 shows a method for the infrastructural detection of a crossing of a track section by a rail vehicle, with at least one track signature being provided for selected track sections of the railroad, which describes the course and / or the change of at least one location-dependent physical variable. The physical quantity describing the track signature is e.g. B. the magnetic field, the vibration, the ridge of curvature and / or the position angle of the track section or a combination of these quantities are used.

Neben ortsgebundenen Merkmalen, wie sie durch Verzerrungen des Magnetfelds durch ferromagnetische Bauteile (Schienen, Weichen, Stützmasten und dergleichen) hervorgerufen werden, können weiterhin ortsgebundene Merkmale beispielsweise mit Bilderkennungsverfahren oder mit Hilfe von Radarmessungen (z. B. Ground Penetrating Radar) ermittelt werden.In addition to location-specific features, such as those caused by distortions of the magnetic field by ferromagnetic components (rails, switches, support masts and the like), location-specific features can also be determined, for example with image recognition methods or with the help of radar measurements (e.g. ground penetrating radar).

In Schienenfahrzeugen wird heute zur Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung insbesondere auch die Odometrie verwendet, die auf der Messung der Raddrehzahlen beruht. Aufgrund verschiedener Einflussfaktoren, wie Radschlupf, veränderlicher Raddurchmesser, ist die ermittelte Raddrehzahl und daraus bestimmte Fahrzeuggeschwindkeit fehlerbehaftet. Zur Verbesserung der Positionsbestimmung erfolgt daher ein regelmäßiger Abgleich mit infrastrukturseitig vorhandenen Fixpunkten, z. B. mit Balisen in der ETCS (European Train Control System) Leit- und Sicherungstechnik. Mit dieser Technik ist die absolute Position der Fahrzeuge nur dort sicher zu bestimmen, wo infrastrukturseitig der Messfehler zurückgesetzt wird. Zwischen den Balisen summieren sich die Messungenauigkeiten auf, sodass ein Positionsfehler von 5 % des Abstands zum letzten Fixpunkt zulässig ist, d. h. bei 10 km Abstand zur letzten Balise beträgt der zulässige Ortungsfehler +/- 500 m. Ein solcher Ortungsfehler erfüllt z. B. für eine virtuelle Kupplung, bei dem Züge elektronisch gekuppelt im relativen Bremswegabstand fahren, nicht die gewünschte Genauigkeit.In rail vehicles today, odometry, in particular, is used to determine position and speed, which is based on the measurement of the wheel speeds. Due to various influencing factors, such as wheel slip, changing wheel diameter, the determined wheel speed and the vehicle speed determined from it are subject to errors. In order to improve the position determination, there is therefore a regular comparison with fixed points on the infrastructure side, e.g. B. with balises in the ETCS (European Train Control System) control and safety technology. With this technology, the absolute position of the vehicles can only be reliably determined where the measurement error is reset on the infrastructure side. The measurement inaccuracies add up between the balises, so that a position error of 5% of the distance to the last fixed point is permissible, i.e. H. at a distance of 10 km from the last balise, the permissible location error is +/- 500 m. B. for a virtual coupling in which trains travel electronically coupled in the relative braking distance, not the desired accuracy.

Zur Bestimmung der absoluten Position werden die ortsgebundenen Merkmale z. B. in einem digitalen Streckenatlas mit der absoluten Position hinterlegt. Zur Abstandsbestimmung ist keine absolute Position der ortsgebundenen Merkmale notwendig, vielmehr wird die relative Position der ortsgebundenen Merkmale in Relation zur aktuellen Fahrzeugposition ermittelt. Hierzu wird als weitere physikalische Größe der zurückgelegte Weg, z. B. aus der Odometrie, bestimmt. Als ein Nachteil bekannter Verfahren und Systeme zur Erfassung der Positions- und Geschwindigkeitsmessung bzw. des Abstands von Zügen ist auch anzusehen, dass entweder eine Datenbank, z. B. ein digitaler Atlas, mit ortsgebundenen Merkmalen, wie z. B. Magnetverzerrungen, erstellt, gepflegt und den Fahrzeugen zur Verfügung gestellt werden muss. Dabei ist zu gewährleisten, dass alle Fahrzeuge eine aktuelle Version der Datenbank verwenden. Veränderungen der ferromagnetischen Umgebung des Schienenwegs müssen eingepflegt und auf dem aktuellen Stand gehalten werden, wobei entsprechende Maßnahmen die Konsistenz der Datenbank sicherstellen müssen.To determine the absolute position, the fixed features are z. B. stored in a digital route atlas with the absolute position. To determine the distance, no absolute position of the stationary features is necessary, rather the relative position of the stationary features is determined in relation to the current vehicle position. For this purpose, the distance covered, e.g. B. from odometry determined. A disadvantage of known methods and systems for detecting the position and speed measurement or the distance between trains is also to be seen in the fact that either a database, e.g. B. a digital atlas, with location-based features such. B. Magnetic distortions, created, maintained and made available to the vehicles. It must be ensured that all vehicles use the latest version of the database. Changes to the ferromagnetic environment of the railroad must be entered and kept up to date, whereby appropriate measures must ensure the consistency of the database.

Bei Verwendung einer zweiten physikalischen Größe, wie z. B. der Odometrie, muss eine hinreichende Qualität gewährleistet werden, da diese direkten Einfluss auf die Genauigkeit der Abstandsbestimmung nimmt. Die Verwendung der in Schienenfahrzeugen vorhandenen Odometrie ist aufgrund des zulässigen Drifts und der daraus resultierenden Messfehler nur bedingt geeignet.When using a second physical quantity, such as B. Odometry, a sufficient quality must be guaranteed, as this has a direct influence on the accuracy of the distance determination. The use of the odometry available in rail vehicles is only suitable to a limited extent due to the permissible drift and the resulting measurement errors.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zum Bestimmen des Abstands oder der momentanen Relativgeschwindigkeit mindestens zweier mobiler Objekte eines streckengebundenen Objektverbands, insbesondere bei einer virtuellen Kupplung eines führenden Objekts und mindestens eines Folgeobjekts, mit möglichst einfachen Mitteln und mit möglichst hoher Genauigkeit bereitzustellen.The present invention is based on the object of a method and a system for determining the distance or the instantaneous relative speed of at least two mobile objects of a route-bound object group, in particular with a virtual coupling of a leading object and at least one following object, with the simplest possible means and with the highest possible Provide accuracy.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei einem System mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und ferner auch mit der Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 5 gelöst.This object is achieved with a method with the features of claim 1 and with a system with the features of claim 7 and also with the application of the method according to claim 5.

Bei dem Verfahren ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs erfindungsgemäß vorgesehen, dass die von der Auswerteeinheit des führenden Objekts gewonnenen Merkmalsmuster als ortsgebundene Merkmalsmuster in Abhängigkeit von der Zeit zusammen mit ihrer Erfassungszeit als Zeitstempel quasi in Echtzeit als Referenzmerkmale an die Empfangseinheit des Folgeobjekts übertragen werden, dass ortsgebundene Merkmalsmuster in Abhängigkeit von der Zeit zusammen mit ihrer Erfassungszeit von der weiteren Auswerteeinheit des mindestens einen Folgeobjekts ermittelt und mit den Referenzmerkmalen auf Übereinstimmung verglichen werden und dass der zeitliche Abstand (ΔT) zwischen dem führenden Objekt und dem mindestens einen Folgeobjekt und/oder die zeitliche Änderung des zeitlichen Abstands (dΔT) aus der Übereinstimmung bestimmt wird/werden, um die momentane Relativgeschwindigkeit festzustellen.In the method, in connection with the features of the preamble, the invention provides that the feature patterns obtained by the evaluation unit of the leading object are transmitted as a location-bound feature pattern as a function of time together with their acquisition time as a time stamp, quasi in real time as reference features to the receiving unit of the following object that location-based feature patterns are determined as a function of time together with their acquisition time by the further evaluation unit of the at least one follow-up object and compared with the reference features for correspondence and that the time interval (ΔT) between the leading object and the at least one follow-up object and / or the temporal change in the time interval (dΔT) is / are determined from the correspondence in order to determine the current relative speed.

Bei dem System ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit des führenden Objekts zum Ermitteln der aktuellen Merkmalsmuster in Abhängigkeit von der Zeit zusammen mit ihrer Erfassungszeit als Zeitstempel quasi in Echtzeit und zu deren Ausgabe als die Referenzmerkmale ausgebildet ist, dass die weitere Auswerteeinheit des mindestens einen Folgeobjekts zum Ermitteln der aktuellen Merkmalsmuster in Abhängigkeit von der Zeit zusammen mit ihrer Erfassungszeit ausgebildet ist und dass die weitere Auswerteinheit (212) im Zusammenwirken mit der Vergleichseinrichtung zum Ermitteln des zeitlichen Abstandes (ΔT) und/oder der zeitlichen Änderung des zeitlichen Abstandes (dΔT) aus der Übereinstimmung der von der weiteren Auswerteeinheit gewonnenen Merkmalsmuster und der Referenzmerkmale ausgebildet ist.The system provides that the evaluation unit of the leading object is designed to determine the current feature pattern as a function of time together with its acquisition time as a time stamp, quasi in real time and to output them as the reference features Determination of the current feature pattern as a function of time is formed together with their acquisition time and that the further evaluation unit ( 212 ) is designed in cooperation with the comparison device to determine the time interval (ΔT) and / or the time change in the time interval (dΔT) from the correspondence of the feature pattern obtained by the further evaluation unit and the reference features.

Mittels der, insbesondere kontinuierlichen, Beobachtung des zeitlichen Abstandes an dem jeweiligen definierten Streckenpunkt auf der Basis des ortsgebundenen Merkmals und der, insbesondere kontinuierlichen, Auswertung der Änderungsrate werden präzise, aussagekräftige Messwerte für den tatsächlichen aktuellen Abstand der Objekte des Objektsverbands und ihrer Relativgeschwindigkeit durch die laufende, schnelle Auswertung quasi in Echtzeit erhalten. Damit wird auch ein Maß für die Regelung des zeitlichen Abstands des führenden Objekts bzw. Zugs und dem mindestens einen Folgeobjekt bzw. Folgezug auf der Basis der ortsgebundenen Merkmale verfügbar. Eine schnelle Auswertung bzw. die Bereitstellung der Referenzmerkmale bzw. der Referenzmuster „quasi in Echtzeit“ bedeutet dabei, dass die Aufbereitung und Übertragung der Referenzmerkmale an die Auswerteeinheit des Folgeobjekts über dessen Empfangseinheit in einer so kurzen Zeitdauer erfolgt, dass sie gegenüber dem ermittelten zeitlichen Abstand der Objekte praktisch vernachlässigbar ist. Die Kommunikationseinrichtung umfasst für die Übertragung der Daten insbesondere eine drahtlose Übertragungsstrecke bzw. Funkverbindung.By means of the, in particular continuous, observation of the time distance at the respective defined route point on the basis of the location-bound feature and the, in particular continuous, evaluation of the rate of change, precise, meaningful measured values for the actual current distance between the objects of the object group and their relative speed due to the current , get quick evaluation in real time. This also provides a measure for regulating the time interval between the leading object or train and the at least one following object or following train on the basis of the location-specific features. A quick evaluation or the provision of the reference features or the reference pattern "quasi in real time" means that the preparation and transmission of the reference features to the evaluation unit of the subsequent object via its receiving unit takes place in such a short period of time that they are compared to the determined time interval of objects is practically negligible. The communication device comprises, in particular, a wireless transmission link or radio link for the transmission of the data.

Für eine genaue, zuverlässige Auswertung und Bereitstellung von Messdaten für die Überwachung und/oder Regelung der Objektabstände ist vorteilhaft vorgesehen, dass die ortsgebundenen Merkmale entlang der Strecke mittels der Sensoreinheit des führenden Objekts und der weiteren Sensoreinheit des mindestens einen Folgeobjekts kontinuierlich erfasst und die Merkmalsmuster kontinuierlich ermittelt werden.For an accurate, reliable evaluation and provision of measurement data for monitoring and / or regulating the object distances, it is advantageously provided that the location-based features along the route are continuously recorded by means of the sensor unit of the leading object and the further sensor unit of the at least one following object and the feature pattern is continuously recorded be determined.

Ist des Weiteren vorgesehen, dass bei bekannter Ist-Geschwindigkeit des führenden Objekts auch der örtliche Abstand des mindestens einen Folgeobjekts bestimmt wird, so wird auf einfache Weise auch ein Maß für den örtlichen Abstand zwischen dem führenden Objekt und dem betreffenden Folgeobjekt erhalten.If it is also provided that, given the known actual speed of the leading object, the local distance of the at least one follow-up object is also determined, a measure for the local distance between the lead object and the relevant follow-up object is also obtained in a simple manner.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung für die Erfassung und Bereitstellung von Messdaten besteht darin, dass als Merkmalsmuster für ortsgebundene Merkmale Magnetfeldsignaturen entlang der Strecke ermittelt werden.An advantageous embodiment for the acquisition and provision of measurement data consists in that magnetic field signatures are determined along the route as a feature pattern for location-specific features.

Eine bevorzugte Anwendung des Verfahrens besteht darin, dass zur Regelung der Objektabstände eine Beschleunigung des mindestens einen Folgeobjekts geregelt wird, wobei ein vorgegebener zeitlicher Sollabstand einbezogen wird und die Regelung auf der Basis des kontinuierlich ermittelten zeitlichen Abstandes (ΔT) und der Veränderung des zeitlichen Abstandes (dΔT) erfolgt, und insbesondere in der Anwendung des Verfahrens zur Regelung von Zugabständen.A preferred application of the method consists in that, in order to regulate the object distances, an acceleration of the at least one follow-up object is regulated, with a specified time interval being included and the regulation based on the continuously determined time interval (ΔT) and the change in the time interval ( dΔT) takes place, and in particular in the application of the method for regulating train distances.

Entsprechende Vorteile wie die Ausgestaltung des Verfahrens werden auch bei dem System dadurch erhalten, dass die Sensoreinheiten zum Erfassen von Magnetfeldsignaturen entlang der Strecke als ortsgebundene Merkmale ausgebildet sind, und des Weiteren dadurch, dass das System eine Regelungseinrichtung umfasst, mittels dessen der Abstand zwischen dem führenden Objekt und mindestens einem Folgeobjekt auf der Basis des zeitlichen Abstands (ΔT) zwischen beiden und der zeitlichen Veränderung des zeitlichen Abstands (dΔT) regelbar ist.Corresponding advantages such as the embodiment of the method are also obtained in the system in that the sensor units for detecting magnetic field signatures along the route are designed as location-specific features, and further in that the system includes a control device, by means of which the distance between the leading Object and at least one subsequent object on the basis of the time interval (ΔT) between the two and the temporal change in the time interval (dΔT) can be regulated.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Objektverbands in Form zweier virtuell gekoppelter Züge,
2 ein Merkmalsmuster ortsgebundener Merkmale in Form einer Magnetfeldsignatur in Abhängigkeit einer absoluten Position entlang einer von dem Objektverband befahrenen Strecke,
3 zwei zum einen von einem führenden Objekt und zum anderen von einem Folgeobjekt entlang einer Strecke aufgenommene Merkmalsmuster in Form einer Magnetfeldsignatur über der Zeit bei gleicher konstanter Geschwindigkeit der beiden Objekte und einem zeitlichen Abstand ΔT und
4 zwei zum einen von einem führenden Objekt und zum anderen von einem Folgeobjekt entlang einer Strecke aufgezeichnete Merkmalsmuster in Form einer Magnetfeldsignatur in Abhängigkeit der Zeit bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten der beiden Objekte, wobei die Geschwindigkeit des Folgeobjekts größer ist als die Geschwindigkeit des führenden Objekts.

The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:

1 a schematic representation of an object association in the form of two virtually coupled trains,
2 a feature pattern of location-bound features in the form of a magnetic field signature as a function of an absolute position along a route traveled by the object group,
3 two feature patterns recorded on the one hand from a leading object and on the other hand from a following object along a route in the form of a magnetic field signature over time with the same constant speed of the two objects and a time interval ΔT and
4th two feature patterns recorded on the one hand by a leading object and on the other hand by a following object along a route in the form of a magnetic field signature as a function of time at different speeds of the two objects, the speed of the following object being greater than the speed of the leading object.

1 zeigt schematisch ein System 1 zur Bestimmung des Abstands virtuell gekoppelter Objekte eines Objektverbands 2 mit einem führenden Objekt 20 und einem diesem in einem zeitlichen Abstand ΔT folgenden Folgeobjekt 21, die dieselbe Strecke 3 befahren. Beispielsweise handelt es sich bei dem Objektverband 2 um einen Zugverband mit einem führenden Zug und einem virtuell daran gekuppelten Folgezug, die dieselbe Gleisstrecke befahren und über diese Spur gebunden sind. 1 shows schematically a system 1 to determine the distance between virtually coupled objects in a group of objects 2 with a leading object 20th and a follow-up object following this at a time interval ΔT 21 that same route 3 drive on. For example, it is the object association 2 A train set with a leading train and a virtually coupled following train, which travel on the same track and are bound by this track.

Das führende Objekt 20 ist mit einer Sensoreinheit 201 ausgestattet, der eine in dem Objekt 20 ebenfalls vorhandene Auswerteeinheit 202 zugeordnet ist. Das Folgeobjekt 21 ist mit einer weiteren Sensoreinheit 211 ausgestattet, der eine in dem Folgeobjekt 21 angeordnete weitere Auswerteeinheit 212 zugeordnet ist, und das Folgeobjekt 21 weist zudem eine Vergleichseinrichtung 213 auf, die z. B. einen Teil der Auswerteeinheit 212 bilden kann. Das führende Objekt 20 und das Folgeobjekt 21 stehen über eine, insbesondere drahtlose bzw. funkbasierte, Kommunikationseinrichtung 4 in Signalübertragungsverbindung, wobei zumindest das führende Objekt 20 eine Sendeeinheit 40 und zumindest das Folgeobjekt 21 eine Empfangseinheit 41 aufweist, um die von dem führenden Objekt 20 ausgesendeten Signale bzw. Daten zu empfangen.The leading object 20th is with a sensor unit 201 equipped, the one in the property 20th evaluation unit also available 202 assigned. The follow-up object 21 is with another sensor unit 211 equipped, the one in the following property 21 arranged further evaluation unit 212 is assigned, and the follow-up object 21 also has a comparison device 213 on, the z. B. part of the evaluation unit 212 can form. The leading object 20th and the follow-up object 21 are available via a, in particular wireless or radio-based, communication device 4th in signal transmission link, with at least the leading object 20th a transmitter unit 40 and at least the follow-up object 21 a receiving unit 41 has to that of the leading object 20th to receive transmitted signals or data.

Der Objektverband 2 kann noch weitere gekuppelte Objekte umfassen, die jeweils mit einer Sensoreinheit und einer Auswerteeinheit ausgestattet sind und über die Kommunikationseinrichtung 4 mit erforderlicher Sendeeinheit und Empfangseinheit in Signalübertragungsverbindung gebracht sind. Auch sind zumindest die Folgeobjekte mit Vergleichseinrichtungen 213 versehen.The object association 2 can also include further coupled objects, each equipped with a sensor unit and an evaluation unit, and via the communication device 4th are brought into signal transmission connection with the required transmitting unit and receiving unit. There are also at least the following objects with comparison facilities 213 Mistake.

Die Sensoreinheit 201 des führenden Objekts 20 sowie die weitere Sensoreinheit 211 des Folgeobjekts 21 (und gegebenenfalls die Sensoreinheiten weiterer Objekte) sind zum Erfassen ortsgebundener Merkmale entlang der von dem Objektverband 2 befahrenen Strecke 3 ausgebildet. Solche ortsgebundene Merkmale sind z. B. unterschiedliche örtliche Gegebenheiten (wie z. B. Schienen, Weichen, Stützmasten oder dergleichen) entlang der Strecke, die eine Änderung bzw. Verzerrung des Erdmagnetfelds hervorrufen, wie z. B. in der Eingangs genannten DE 10 2018 115 373 A1 und der DE 10 2018 118 661 A1 näher ausgeführt. Die durch die ortsgebundenen Merkmale mittels der Sensoreinheiten 201, 211 erhaltenen Signale werden mittels der Auswerteeinheit 202 des führenden Objekts 20 und der weiteren Auswerteeinheit 212 des Folgeobjekts 21 als aktuelle Merkmalsmuster aufbereitet, wie eine Magnetfeldsignatur 10 aus den entlang der Strecke 3 erfassten Magnetfeldverzerrungen. Eine solche Magnetfeldsignatur 10 ist in 2 über der absoluten Position beispielhaft dargestellt. Die Auswerteeinheiten 202 und 212 sind zur schnellen Verarbeitung ausgebildet, d. h. ihre Verarbeitungszeit bzw. Auswertezeit zum Herleiten der Merkmalsmuster mit den charakteristischen Signalen für die ortsgebundenen Merkmale erfolgt innerhalb sehr kurzer Zeit, die gegenüber einem zeitlichen Abstand zwischen dem führenden Objekt 20 und dem betreffenden Folgeobjekt 21 praktisch vernachlässigbar ist.The sensor unit 201 of the leading object 20th as well as the further sensor unit 211 of the following object 21 (and, if applicable, the sensor units of other objects) are for detecting location-bound features along the line of the object association 2 traveled route 3 educated. Such localized features are z. B. different local conditions (such. B. Rails, switches, support masts or the like) along the route that cause a change or distortion of the earth's magnetic field, such. B. mentioned in the opening DE 10 2018 115 373 A1 and the DE 10 2018 118 661 A1 detailed. The through the stationary features by means of the sensor units 201 , 211 received signals are by means of the evaluation unit 202 of the leading object 20th and the other evaluation unit 212 of the following object 21 prepared as a current feature pattern, like a magnetic field signature 10 from those along the way 3 captured Magnetic field distortions. Such a magnetic field signature 10 is in 2 shown as an example above the absolute position. The evaluation units 202 and 212 are designed for fast processing, ie their processing time or evaluation time for deriving the feature pattern with the characteristic signals for the fixed features takes place within a very short time compared to a time interval between the leading object 20th and the relevant follow-up object 21 is practically negligible.

Zusätzlich zu den Merkmalsmustern bzw. der Magnetfeldsignatur entlang der Strecke werden die Erfassungszeiten ermittelt und die Merkmalsmuster werden von dem führenden Objekt 20 an das Folgeobjekt 21 zusammen mit den Erfassungszeiten übertragen, zu denen das führende Objekt 20 die jeweiligen ortsgebundenen Merkmale passiert hat. Die Übertragung der ermittelten Merkmalsmuster mit der Information über die betreffenden ortsgebundenen Merkmale und ihre Erfassungszeiten erfolgt über die Kommunikationseinrichtung 4 (aufgrund der schnellen Verarbeitung) quasi in Echtzeit an das Folgeobjekt 21 (und gegebenenfalls weitere gekoppelte Folgeobjekte) und dort werden die empfangenen Merkmalsmuster und die Erfassungszeiten als Referenzmerkmale bzw. Referenzmuster gespeichert.In addition to the feature patterns or the magnetic field signature along the route, the acquisition times are determined and the feature patterns are obtained from the leading object 20th to the following object 21 together with the acquisition times at which the leading object 20th has passed the respective location-bound characteristics. The transmission of the determined feature pattern with the information about the relevant location-bound features and their acquisition times takes place via the communication device 4th (due to the fast processing) to the next object in real time 21 (and possibly further coupled follow-up objects) and there the received feature patterns and the acquisition times are stored as reference features or reference patterns.

Die übermittelten Merkmalsmuster und ihre Erfassungszeiten, die in dem Folgeobjekt 21 (bzw. den Folgeobjekten) als Referenzmerkmale dienen, werden mit den jeweils eigenen in dem mindestens einen Folgeobjekt 21 erfassten und in dessen Auswerteeinheit 212 ermittelten Merkmalsmustern hinsichtlich der charakteristischen Ortsmerkmalen und der zugehörigen Erfassungszeiten (Zeitstempel) verglichen. In Verbindung mit den Erfassungszeiten (Zeitstempeln) wird dann sowohl der zeitliche Abstand ΔT (Headway) zwischen dem führenden Objekt 20 und dem betreffenden Folgeobjekt 21 ermittelt und auch dessen zeitliche Änderung dΔT (die ein Maß für die Relativgeschwindigkeit darstellt) bestimmt.The transmitted feature patterns and their acquisition times in the subsequent object 21 (or the follow-up objects) serve as reference features, are matched with their own in the at least one follow-up object 21 recorded and in its evaluation unit 212 identified feature patterns with regard to the characteristic location features and the associated acquisition times (time stamp) compared. In connection with the acquisition times (time stamps), both the time interval ΔT (headway) between the leading object is then used 20th and the relevant follow-up object 21 determined and also its temporal change dΔT (which represents a measure of the relative speed) is determined.

Die so ermittelten Größen werden dann insbesondere als Eingangsgrößen für die Objektsteuerung bzw. Zugsteuerung und eine Antriebsregelung des oder der Folgeobjekte bzw. Folgezüge verwendet und dienen so der Gewährleistung eines zeitlichen Sollabstands T_soll und dessen zulässigen zeitlichen Änderungen. Auf der Basis der ortsgebundenen Merkmale wird somit auf der Basis der genannten Maßnahmen vorteilhaft die Regelung der zeitlichen Abstände durchgeführt.The variables determined in this way are then used in particular as input variables for the object control or train control and a drive control of the subsequent object or objects or subsequent trains and thus serve to ensure a temporal target interval T _soll and its permissible temporal changes. On the basis of the location-specific features, the control of the time intervals is therefore advantageously carried out on the basis of the measures mentioned.

Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Maßnahmen seien als führendes Objekt 20 und als Folgeobjekt 21 zwei Züge betrachtet, die mit festgelegtem zeitlichem Abstand ΔT eine Strecke 3 befahren, wobei der Folgezug dem führenden Zug mit einem zeitlichen Abstand von ΔT=5s folgt und beide Züge die gleiche Geschwindigkeit fahren. Die ortsgebundenen Merkmale seien in einer Magnetfeldsignatur 10 gemäß 2 enthalten, die über der absoluten Position entlang der Strecke 3 dargestellt sind. Die Sensoreinheiten 201 und 211 des führenden Zugs (führendes Objekt 20) und des Folgezugs (Folgeobjekt 21) erfassen das verzerrte Magnetfeld entlang der Strecke und speichern die Magnetfeldsignaturen über der Zeit, wie in der 3 und, alternativ, 4 dargestellt.To explain the measures according to the invention, let us consider the leading object 20th and as a follow-up object 21 consider two trains that travel a distance with a fixed time interval ΔT 3 drive on, with the next train following the leading train with a time interval of ΔT = 5s and both trains traveling at the same speed. The localized features are said to be in a magnetic field signature 10 according to 2 included that is about the absolute position along the route 3 are shown. The sensor units 201 and 211 of the leading train (leading object 20th ) and the following train (following object 21 ) capture the distorted magnetic field along the route and store the magnetic field signatures over time, as in the 3 and, alternatively, 4th shown.

Wird die gewonnene Magnetfeldsignatur des führenden Zugs zusammen mit den Erfassungszeitpunkten an den Folgezug kommuniziert, dann kann in dem Folgezug durch Vergleich der beiden durch die Magnetfeldsignaturen über der Zeit gegebenen Messreihen der zeitliche Abstand ΔT zwischen den beiden Zügen ermittelt werden, oder präziser, die Zeit, die vergangen ist, seit der führende Zug die aktuelle Position des Folgezugs passiert hat.If the obtained magnetic field signature of the leading train is communicated to the next train together with the acquisition times, then the time interval ΔT between the two trains can be determined in the next train by comparing the two measurement series given by the magnetic field signatures over time, or more precisely, the time which has passed since the lead train passed the current position of the next train.

Erfindungsgemäß werden der Vergleich zwischen der an den Folgezug als Referenzmerkmale übertragenen Magnetfeldsignatur mit dem betreffenden Zeitstempel und der von dem Folgezug gewonnenen Magnetfeldsignatur mit dem betreffenden Zeitstempel kontinuierlich vorgenommen und die sich zu dem jeweiligen Vergleichszeitpunkt t_i ergebenden zeitlichen Abstände ΔTi kontinuierlich erfasst. Fahren die Züge mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, dann verändert sich der zeitliche Abstand ΔT über der Beobachtungsdauer. Dies ist in 4 beispielhaft für den Fall dargestellt, dass sich beide Züge mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, wobei der Folgezug schneller fährt als der führende Zug. Ferner ergibt sich für diesen Fall, dass die zeitliche Ableitung des Zeitabstandes dΔT=dΔTi/dt kleiner 0 ist.According to the invention, the comparison between the magnetic field signature transmitted to the next train as reference features with the relevant time stamp and the magnetic field signature obtained from the next train with the relevant time stamp are continuously made and the _{time intervals ΔTi resulting at the respective comparison time t i are continuously recorded.} If the trains run at different speeds, the time interval ΔT changes over the observation period. This is in 4th shown as an example for the case that both trains move at constant speed, with the following train traveling faster than the leading train. Furthermore, in this case it results that the time derivative of the time interval dΔT = dΔTi / dt is less than 0.

Durch Beobachtung der zeitlichen Ableitung dΔT lassen sich somit die relativen Bewegungszustände des führenden Zugs und des Folgezugs (bzw. des führenden Objekts 20 und des Folgeobjekts 21) ermitteln.By observing the time derivative dΔT, the relative movement states of the leading train and the following train (or the leading object 20th and the following object 21 ) detect.

Auf der Basis der genannten Größen zeitlicher Abstand ΔT und Veränderung des zeitlichen Abstands dΔT kann eine Regelung der Zugabstände erfolgen. Wird zusätzlich ein gewünschter zeitlicher Sollabstand T_soll vorgegeben, lässt sich die Regeldifferenz T_Abw = T_soll - ΔT zu jedem Messzeitpunkt in dem Folgezug bestimmen. Die relativen Bewegungszustände beider Objekte sind mit T_Abw und dΔT hinreichend beschrieben, um eine geeignete Regelung basierend auf den Regelgesetzen aufzusetzen, wie sie in nachfolgender Tabelle angegeben sind. Dabei ist zu beachten, dass die Regelgesetze auf der Änderung des tatsächlichen zeitlichen Abstands, nicht auf der Änderung der Regelabweichung basieren, um auch bei Änderung der Sollwertvorgabe für den zeitlichen Abstand T_soll den relativen Bewegungszustand kontinuierlich zu ermitteln. Die zu regelnde Zielgröße ist die Beschleunigung des Folgezugs. Tabelle: dΔT = 0 dΔT < 0 dΔT > 0 TAbw = 0 gewünschter Headway ist aktuell eingehalten; Headway ist konstant; vRel = 0 (Züge sind gleich schnell) Aktion Zug T2: Keine Änderung erforderlich gewünschter Headway ist aktuell eingehalten; Headway nimmt ab; vRel > 0 (Zug T2 schneller als Zug T1) Aktion Zug T2: kleinere Beschleunigung erforderlich gewünschter Headway ist aktuell eingehalten Headway nimmt zu; vRel < 0 (Zug T2 langsamer als Zug1) Aktion Zug T2: größere Beschleunigung erforderlich TAbw < 0 Zug T2 ist zu weit von Zug T1 entfernt; Headway ist konstant; vRel = 0 Aktion Zug T2: Headway reduzieren, größere Beschleunigung erforderlich Zug T2 ist zu weit von Zug T1 entfernt Headway verkleinert sich; vRel > 0 Aktion Zug T2: Keine Änderung erforderlich Zug T2 ist zu weit von Zug T1 entfernt Headway vergrößert ; vRel < 0 Aktion Zug T2: Headway reduzieren, beschleunigen TAbw > 0 Zug T2 ist zu nah an Zug T1; Headway ist konstant; vRel = 0 Aktion Zug T2: Headway vergrößern, kleinere Beschleunigung erforderlich Zug T2 ist zu nah an Zug T1; Headway verkleinert sich; vRel > 0 Aktion Zug T2: Headway vergrößern, kleinere Beschleunigung dringend notwendig Zug T2 ist zu nah an Zug T1 Headway vergrößert sich; vRel < 0 Aktion Zug T2: Keine Änderung erforderlich The train intervals can be regulated on the basis of the stated variables of time interval ΔT and change in time interval dΔT. If a desired temporal setpoint interval T _{soll is also} specified, the control difference T _Abw = T _soll - ΔT can be determined at each measurement point in time in the next train. The relative movement _{states of both objects are sufficiently described with T Abw} and dΔT in order to set up a suitable regulation based on the control laws as given in the following table. It should be noted that the control laws are based on the change in the actual time interval, not on the change in the control deviation, in order to continuously determine the relative state of motion _{even when the setpoint specification for the time interval T soll changes.} The target variable to be regulated is the acceleration of the next train. Table: dΔT = 0 dΔT <0 dΔT> 0 TAbw = 0 desired headway is currently observed; Headway is constant; vRel = 0 (trains are equally fast) Action train T2: No change required desired headway is currently observed; Headway is decreasing; vRel> 0 (train T2 faster than train T1) Action train T2: smaller acceleration required desired headway is currently observed Headway increases; vRel <0 (train T2 slower than train1) Action train T2: greater acceleration required TAbw <0 Train T2 is too far from train T1; Headway is constant; vRel = 0 Action train T2: Reduce headway , greater acceleration required Train T2 is too far from train T1 Headway is shrinking; vRel> 0 Action train T2: No change required Train T2 is enlarged too far from train T1 Headway; vRel <0 Action train T2: reduce headway, accelerate TAbw> 0 Train T2 is too close to train T1; Headway is constant; vRel = 0 Action train T2: Increase headway , smaller acceleration required Train T2 is too close to train T1; Headway is shrinking; VREL> 0 Action train T2: Headway larger, smaller acceleration urgent Train T2 is too close to train T1 Headway enlarges; vRel <0 Action train T2: No change required

In der Tabelle bedeuten (neben den vorstehend bereits erläuterten Formelzeichen) T1 führender Zug (entsprechend dem führenden Objekt 20), T2 Folgezug (entsprechend dem Folgeobjekt 21), vRel Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Zügen.In the table (in addition to the formula symbols already explained above) T1 means the leading train (corresponding to the leading object 20th ), T2 following train (corresponding to the following object 21 ), vRel relative speed between the two trains.

Das beschriebene Verfahren und System lässt sich überall dort anwenden, wo für spurgeführte bzw. schienengebundene Objekte (Fahrzeuge, Züge) ein zeitlicher Abstand ΔT vorgegeben und eingehalten werden soll. Vorzugsweise ist das Verfahren bzw. System dann anwendbar, wenn keine absoluten Messgrößen zu Position und Geschwindigkeit beider Objekte vorliegen oder diese aufgrund von Messfehlern eine geringe Genauigkeit oder eine Drift aufweisen. Eine solche Anwendung ist insbesondere das virtuelle Kuppeln von Zügen.The method and system described can be used wherever a time interval ΔT should be specified and maintained for track-guided or rail-bound objects (vehicles, trains). The method or system can preferably be used when there are no absolute measured variables for the position and speed of both objects or when these have a low accuracy or drift due to measurement errors. One such application is the virtual coupling of trains.

Claims

A method for determining the distance or the current relative speed of at least two mobile objects (20, 21) of a route-bound, in particular rail-bound, object association (2), in which - by means of a sensor unit (201) arranged in a leading object (20) and an associated evaluation unit ( 202) location-bound features along the route are recorded and current feature patterns are obtained therefrom, which are transmitted via a communication device (4) with a transmitting unit (40) to a receiving unit (41) of at least one follow-up object (21) and are stored there as reference features, - by means of a further sensor unit (211) arranged in the at least one follow-up object (21) and further evaluation unit (212) assigned to it, location-bound features are detected along the route and current feature patterns obtained therefrom, which are compared with the reference features in the at least one follow-up object (21) , and - the distance and / or the instantaneous relative speed is determined from a correspondence of the feature pattern obtained by the further evaluation unit (212) with the reference features, characterized in that the feature pattern obtained by the evaluation unit (202) of the leading object (20) as a location-bound feature pattern in Depending on the time together with their acquisition time as a time stamp, quasi in real time as reference features are transmitted to the receiving unit (41) of the subsequent object (21) that location-bound feature patterns depending on the time together with their acquisition time from the further evaluation unit (212) of the at least a follow-up object (21) is determined and compared with the reference features for correspondence and that the time interval (ΔT) between the leading object (20) and the at least one follow-up object (21) and / or the temporal change in the time interval (dΔT) from the match is determined / who to determine the current relative speed.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the stationary features along the route (3) are continuously detected by means of the sensor unit (201) of the leading object (20) and the further sensor unit (211) of the at least one following object (21) and the feature pattern is continuously determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that if the actual speed of the leading object (20) is known, the spatial distance of the at least one following object (21) is also determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that magnetic field signatures (10) along the route are determined as the feature pattern for location-bound features.

Application of the method according to one of the Claims 2 until 4th , characterized in that an acceleration of the at least one follow-up object (21) is regulated to regulate the object distances, a specified time interval being included and the regulation based on the continuously determined time interval (ΔT) and the change in the time interval (dΔT ) he follows.

Application after Claim 5 , for regulating train intervals.

System (1) for carrying out the method according to one of the Claims 1 until 4th , in which a sensor unit (201, 211) and an evaluation unit (202, 212) are arranged in a leading object (20) and at least one following object (21) of a mobile object group (2), by means of which along a route (3) Location-bound features can be detected and current feature patterns can be determined therefrom, the leading object (20) having a transmitting unit (40) for transmitting the current feature pattern formed in its evaluation unit (202) as reference features via a communication device (4) to a receiving unit (41) of the at least a follow-up object (21) and the at least one follow-up object (21) is provided with a storage device for the reference features and a comparison device (213) for comparing the current feature pattern formed in its evaluation unit (212) with the reference features for correspondence in order to be based on the Agreement to determine the distance and / or the instantaneous relative speed, dadu rch characterized in that the evaluation unit (202) of the leading object (20) is designed to determine the current feature pattern as a function of time together with its acquisition time as a time stamp, quasi in real time and for their output as the reference features, that the further evaluation unit (212 ) of the at least one follow-up object (21) is designed to determine the current feature pattern as a function of time together with its acquisition time and that the further evaluation unit (212) interacts with the comparison device (213) to determine the time interval (ΔT) and / or the temporal change in the time interval (dΔT) is formed from the correspondence between the feature pattern obtained by the further evaluation unit (212) and the reference features.

System (1) according to Claim 7 , characterized in that the sensor units (201, 211) for detecting magnetic field signatures (10, 11, 12) along the route (3) are designed as stationary features.

System (1) according to Claim 7 or 8th , characterized in that it comprises a control device by means of which the distance between the leading object (20) and at least one following object (21) can be regulated on the basis of the time interval (ΔT) between the two and the temporal change in the time interval (dΔT).